ES2973733T3 - Insulated transition construction element - Google Patents
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Abstract
La invención se refiere a un componente de transición (1a, 1b) para conectar componentes de una planta de ingeniería química o de procesos, presentando el componente de transición (1a, 1b) una primera pieza de material (10) hecha de un primer material y una segunda pieza de material (20) de un segundo material, en el que el primer material y el segundo material no se pueden unir entre sí mediante soldadura por fusión, formando la primera pieza de material (10) y la segunda pieza de material (20) un cuerpo hueco, el componente de transición (1a, 1b) con un lado interior (2) radialmente interior y un lado exterior (3) radialmente exterior, estando unida la primera pieza de material (10) con la segunda pieza de material (20) mediante al menos una capa intermedia de material (30). y el componente de transición (1a, 1b) que tiene al menos una capa aislante (100, 200), en donde la capa aislante (100, 200) se extiende al menos en parte sobre el lado interior (2) y/o el lado exterior (3).) del componente de transición (1a, 1b), y un intercambiador de calor de núcleo en carcasa (1000) y una caja fría (2000) que tiene el componente de transición (1a, 1b). (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)The invention relates to a transition component (1a, 1b) for connecting components of a chemical engineering or process plant, the transition component (1a, 1b) having a first material part (10) made of a first material and a second material part (20) made of a second material, the first material and the second material not being able to be joined to one another by fusion welding, the first material part (10) and the second material part (20) forming a hollow body, the transition component (1a, 1b) having a radially inner inner side (2) and a radially outer outer side (3), the first material part (10) being connected to the second material part (20) by at least one intermediate material layer (30). and the transition component (1a, 1b) having at least one insulating layer (100, 200), wherein the insulating layer (100, 200) extends at least in part over the inner side (2) and/or the outer side (3) of the transition component (1a, 1b), and a core-in-shell heat exchanger (1000) and a cold box (2000) having the transition component (1a, 1b). (Automatic translation with Google Translate, without legal value)
Description
DESCRIPCIÓNDESCRIPTION
Elemento constructivo de transición con aislamiento Insulated transition construction element
La invención se refiere a un elemento constructivo de transición para unir elementos constructivos de un aparato químico o de tecnología de procesos, en donde el elemento constructivo de transición presenta una primera pieza de material de un primer material y una segunda pieza de material de un segundo material, en donde el primer material y el segundo material no pueden unirse entre sí mediante soldadura por fusión, en donde la primera pieza de material y la segunda pieza de material forman un cuerpo hueco, en donde el elemento constructivo de transición presenta un lado interior radialmente interno y un lado exterior radialmente externo, y en donde la primera pieza de material está unida a la segunda pieza de material a través de al menos una capa de material intermedia. La invención se refiere asimismo a un intercambiador de calor de núcleo en carcasa con el elemento constructivo de transición, así como a una caja fría con una tubería con el elemento constructivo de transición. The invention relates to a transition construction element for joining construction elements of a chemical or process technology apparatus, wherein the transition construction element has a first piece of material of a first material and a second piece of material of a second material, wherein the first material and the second material cannot be joined together by fusion welding, wherein the first piece of material and the second piece of material form a hollow body, wherein the transition construction element has an inner side radially internal and a radially external external side, and wherein the first piece of material is joined to the second piece of material through at least one intermediate layer of material. The invention also relates to a core-in-shell heat exchanger with the transition element, as well as to a cold box with a pipe with the transition element.
Estado de la técnicaState of the art
En numerosas aplicaciones, en particular, en instalaciones criogénicas, por ejemplo intercambiadores de calor criogénicos para la licuefacción de gases o una caja fría para proporcionar, por ejemplo, un gas criogénico licuado, o en intercambiadores de calor de núcleo en carcasa o contenedores criogénicos o bombas criogénicas, es necesario, por ejemplo, para proporcionar la estanqueidad a los fluidos, unir entre sí, en particular soldar, elementos constructivos, tales como por ejemplo tubos, en particular, de diferentes materiales. Las instalaciones o los dispositivos mencionados son ejemplos o constituyentes de los aparatos de químicos o de tecnología de procesos mencionados anteriormente. In numerous applications, in particular in cryogenic installations, for example cryogenic heat exchangers for the liquefaction of gases or a cold box to provide, for example, a liquefied cryogenic gas, or in core-in-shell heat exchangers or cryogenic containers or cryogenic pumps, it is necessary, for example, to provide fluid tightness, to join together, in particular to weld, construction elements, such as for example tubes, in particular, made of different materials. The installations or devices mentioned are examples or constituents of the chemical or process technology apparatus mentioned above.
Por ejemplo, para unir un tubo de aluminio a un tubo de acero, se usa un elemento constructivo de transición (del inglés:Transition Joint),que puede presentar una sección de aluminio a la que se fija el tubo de aluminio, en particular se suelda, y una sección de acero a la que se fija el tubo de acero, en particular, se suelda. Para unir de manera estanca a los fluidos la sección de aluminio del elemento constructivo de transición con la sección de acero del elemento constructivo de transición, se disponen, por ejemplo, distintas capas de material intermedio de metal, por ejemplo, de titanio o de una aleación de titanio, de cobre o de una aleación de cobre-níquel en varias etapas por medio de chapeado con explosivos entre la sección de aluminio y la sección de acero. Por un lado, este procedimiento de producción es muy costoso. Por otro lado, el chapeado con explosivos ejerce una gran tensión física sobre las capas de material intermedias de metal, lo que puede hacer que las capas de material intermedias se vuelvan quebradizas o frágiles. For example, to join an aluminum tube to a steel tube, a transition construction element (Transition Joint) is used, which may have an aluminum section to which the aluminum tube is fixed, in particular welded, and a section of steel to which the steel pipe is attached, in particular, is welded. To connect the aluminum section of the transition element to the steel section of the transition element in a fluid-tight manner, for example, different layers of metal intermediate material, for example titanium or a titanium alloy, copper or a copper-nickel alloy in several stages by means of explosive plating between the aluminum section and the steel section. On the one hand, this production procedure is very expensive. On the other hand, explosive plating places great physical stress on the metal interlayers of material, which can cause the interlayers of material to become brittle or brittle.
Del estado de la técnica también se conocen otros tipos de piezas o construcciones de unión: Other types of joining pieces or constructions are also known from the state of the art:
el documento US 3.899.007 A y el documento US 3.747.961 A describen en cada caso una disposición de tubo con un tubo central interno resistente a altas temperaturas, que se sujeta en un tubo de carcasa coaxial mediante un anclaje o una placa de anclaje para protegerlo de movimientos axiales o longitudinales. El anclaje sale de esta carcasa y se encuentra en el lado exterior en una capa aislante, por ejemplo, de hormigón. El tubo central está a su vez rodeado por una capa anular aislante. El documento FR 2947032 A1 propone unir dos conducciones a través de una estructura de brida o de unión. Cada una de las dos conducciones tiene una pared interior y una pared envolvente, en donde la pared interior se dirige hacia el exterior en el extremo de conducción. La estructura de unión presenta también un lado interior y un lado exterior, en donde cuando las dos conducciones están unidas, las secciones de pared internas en los extremos de conducción se apoyan en el lado interior de la estructura de unión. US 3,899,007 A and US 3,747,961 A each describe a tube arrangement with a high temperature resistant inner core tube, which is secured in a coaxial casing tube by an anchor or an anchor plate to protect it from axial or longitudinal movements. The anchor comes out of this housing and is located on the outside in an insulating layer, for example concrete. The central tube is in turn surrounded by an annular insulating layer. Document FR 2947032 A1 proposes joining two pipes through a flange or union structure. Each of the two conduits has an inner wall and a surrounding wall, where the inner wall faces outward at the conduit end. The joining structure also has an inner side and an outer side, where when the two pipes are joined, the internal wall sections at the pipe ends rest on the inner side of the joining structure.
El objetivo de la presente invención es proporcionar un elemento constructivo de transición que sea más fácil de producir y que presente propiedades ventajosas en comparación con elementos constructivos de transición conocidos. The objective of the present invention is to provide a transition construction element that is easier to produce and has advantageous properties compared to known transition construction elements.
Descripción de la invenciónDescription of the invention
Según la invención, se proponen un elemento constructivo de transición y un intercambiador de calor de núcleo en carcasa, así como una caja fría con las características de las reivindicaciones independientes. Las reivindicaciones dependientes, así como la descripción que sigue, tienen por objeto realizaciones ventajosas. According to the invention, a transitional construction element and a core-in-shell heat exchanger, as well as a cold box with the characteristics of the independent claims, are proposed. The dependent claims, as well as the following description, are intended to advantageous embodiments.
El elemento constructivo de transición según la invención, para unir elementos constructivos de un aparato químico o de tecnología de procesos, en particular, en una instalación criogénica, presenta una primera pieza de material de un primer material y una segunda pieza de material de un segundo material, en donde el primer material y el segundo material no se pueden unir entre sí mediante soldadura por fusión. The transition construction element according to the invention, for connecting construction elements of a chemical or process technology apparatus, in particular, in a cryogenic installation, has a first piece of material of a first material and a second piece of material of a second material, wherein the first material and the second material cannot be joined together by fusion welding.
El elemento constructivo de transición o la primera pieza de material y la segunda pieza de material presentan una forma de un cuerpo hueco, en particular, una forma tórica, forma anular o forma cilíndrica circular, con un lado interior radialmente interno y un lado exterior radialmente externo. El elemento constructivo de transición es adecuado para unirse a tubos del aparato químico o de tecnología de procesos, en donde la forma del elemento constructivo de transición está adaptada preferiblemente a la forma de los tubos. The transitional construction element or the first piece of material and the second piece of material have a shape of a hollow body, in particular, a toric shape, annular shape or a circular cylindrical shape, with a radially inner inner side and a radially outer side. external. The transition component is suitable for joining tubes of chemical or process technology apparatus, where the shape of the transition component is preferably adapted to the shape of the tubes.
La primera pieza de material está unida a la segunda pieza de material a través de al menos una capa intermedia de material, en particular, de metal. La al menos una capa de material intermedia se dispone entre la primera pieza de material y la segunda pieza de material o se aplica sobre la primera y/o segunda pieza de material, en particular, por medio de chapeado con explosivos. The first piece of material is joined to the second piece of material through at least one intermediate layer of material, in particular metal. The at least one intermediate material layer is arranged between the first piece of material and the second piece of material or is applied to the first and/or second piece of material, in particular, by means of explosive plating.
El elemento constructivo de transición del estado de la técnica está expuesto a cargas térmicas elevadas. Por ejemplo, si fluye fluido criogénico a través del elemento constructivo de transición, el lado interior del elemento constructivo de transición se enfría rápida y significativamente, por lo que la temperatura del lado interior cambia en comparación con la temperatura del lado exterior del elemento constructivo de transición. Debido a esta diferencia de temperatura y a los diferentes coeficientes de dilatación térmica de cada uno de los materiales, se generan tensiones en el elemento constructivo de transición entre el lado interior y el lado exterior y/o entre cada uno de los materiales, que pueden producir, por ejemplo, grietas o roturas. The transitional construction element of the state of the art is exposed to high thermal loads. For example, if cryogenic fluid flows through the transition construct, the inner side of the transition construct is rapidly and significantly cooled, so that the temperature of the inner side changes compared to the temperature of the outer side of the transition construct. transition. Due to this temperature difference and the different coefficients of thermal expansion of each of the materials, tensions are generated in the transitional construction element between the interior side and the exterior side and/or between each of the materials, which can produce , for example, cracks or breaks.
Esta diferencia de temperatura entre el lado interior y el lado exterior repercute, por ejemplo, en la al menos una capa de material intermedia, de tal manera que la al menos una capa de material intermedia tiende a contraerse más en el lado interior que en el lado exterior. Por lo tanto, también se generan tensiones en la al menos una capa de material intermedia. This temperature difference between the inner side and the outer side affects, for example, the at least one intermediate layer of material, in such a way that the at least one intermediate layer of material tends to contract more on the inner side than on the outer side. Therefore, stresses are also generated in the at least one intermediate material layer.
Estas tensiones llevan, por ejemplo, a que la al menos una capa de material intermedia sometida al chapeado con explosivos se exponga a otras cargas adicionales, con lo que pueden formarse grietas o roturas en la capa de material intermedia. Además, estas grietas o roturas pueden provocar, por ejemplo, que el elemento constructivo de transición no sea estanco y, por tanto, que pueda escaparse fluido criogénico. Esta desventaja no se presenta en el caso del elemento constructivo de transición propuesto según la invención. These stresses lead, for example, to the at least one intermediate material layer subjected to explosive plating being exposed to other additional loads, whereby cracks or breaks can form in the intermediate material layer. Furthermore, these cracks or breaks can cause, for example, the transitional construction element to not be watertight and, therefore, cryogenic fluid can escape. This disadvantage does not occur in the case of the transitional construction element proposed according to the invention.
El elemento constructivo de transición según la invención presenta al menos una capa aislante. La capa aislante se extiende al menos en parte sobre el lado interior y/o el lado exterior del elemento constructivo de transición. The transition element according to the invention has at least one insulating layer. The insulating layer extends at least partly over the inner side and/or the outer side of the transitional construction element.
“ En parte” significa en este caso, por ejemplo, que la capa aislante está dispuesta solamente sobre la al menos una capa de material intermedia. Además, la capa aislante también puede estar dispuesta sobre la al menos una capa de material intermedia y sobre al menos una parte de la primera pieza de material y/o sobre al menos una parte de la segunda pieza de material. “Partly” here means, for example, that the insulating layer is only arranged on the at least one intermediate material layer. Furthermore, the insulating layer may also be arranged on the at least one intermediate material layer and on at least a part of the first piece of material and/or on at least a part of the second piece of material.
Si la al menos una capa aislante está dispuesta en el lado interior del elemento constructivo de transición, aísla al menos en parte el elemento constructivo de transición frente al fluido criogénico. De este modo, se reduce la diferencia de temperatura entre el lado interior y el lado exterior del elemento constructivo de transición. Esto lleva a que se produzcan menos tensiones en el elemento constructivo de transición. Si la al menos una capa aislante está dispuesta en el lado exterior del elemento constructivo de transición, aísla al menos en parte el elemento constructivo de transición frente a la temperatura del entorno, por ejemplo, la temperatura del aire, con lo que se reduce la diferencia de temperatura entre el lado interior y el lado exterior del elemento constructivo de transición. If the at least one insulating layer is arranged on the inner side of the transition component, it at least partially insulates the transition component from the cryogenic fluid. In this way, the temperature difference between the inner side and the outer side of the transitional construction element is reduced. This leads to less stress occurring in the transitional construction element. If the at least one insulating layer is arranged on the outer side of the transition component, it at least partially insulates the transition component against the ambient temperature, for example, the air temperature, thereby reducing the temperature difference between the interior side and the exterior side of the transitional construction element.
En general, la al menos una capa aislante aumenta de este modo la vida útil del elemento constructivo de transición. In general, the at least one insulating layer thus increases the service life of the transitional construction element.
Por ejemplo, si en cada caso está dispuesta una capa aislante en el lado interior y en el lado exterior del elemento constructivo de transición, puede reducirse adicionalmente la diferencia de temperatura y puede prolongarse la vida útil del elemento constructivo de transición. For example, if in each case an insulating layer is arranged on the inner side and on the outer side of the transition component, the temperature difference can be further reduced and the service life of the transition component can be extended.
Preferiblemente, la al menos una capa aislante está dispuesta de tal manera que cubre la primera pieza de material, la al menos una capa de material intermedia y la segunda pieza de material. Gracias a una disposición de este tipo, la primera pieza de material, la al menos una capa de material intermedia y la segunda pieza de material presentan aproximadamente la misma temperatura. De esta manera, se impide que, por ejemplo, debido a una diferencia de temperatura significativa entre la primera pieza de material y la al menos una capa de material intermedia, puedan aparecer tensiones entre los dos elementos constructivos, que pueden, por ejemplo, dañar o destruir la primera pieza de material y/o la al menos una capa de material intermedia. Preferably, the at least one insulating layer is arranged such that it covers the first piece of material, the at least one intermediate layer of material and the second piece of material. Thanks to such an arrangement, the first piece of material, the at least one intermediate material layer and the second piece of material have approximately the same temperature. In this way, it is prevented that, for example, due to a significant temperature difference between the first piece of material and the at least one intermediate layer of material, tensions can appear between the two construction elements, which can, for example, damage or destroy the first piece of material and/or the at least one intermediate layer of material.
Preferiblemente, la capa aislante que está dispuesta en el lado exterior del elemento constructivo de transición es una camisa. La camisa está realizada como cuerpo hueco y tiene forma toroidal, anular o cilíndrica circular. La capa aislante en forma de una camisa está colocada en el elemento constructivo de transición y lo envuelve o lo encierra. La camisa puede adaptarse y seleccionarse correspondientemente dependiendo de la ubicación y del uso respectivo del elemento constructivo de transición. Preferably, the insulating layer which is arranged on the outer side of the transitional construction element is a jacket. The sleeve is made as a hollow body and has a toroidal, annular or circular cylindrical shape. The insulating layer in the form of a jacket is placed on the transitional construction element and surrounds or encloses it. The jacket can be adapted and selected accordingly depending on the location and the respective use of the transitional construction element.
Si la primera pieza de material está unida a una primera tubería del primer material y la segunda pieza de material está unida a una segunda tubería del segundo material, la camisa cubre preferiblemente una sección de la primera tubería y/o una sección de la segunda tubería. Una “tubería” en el sentido entendido en este caso puede representar, en particular, una sección de una conducción hacia o desde un intercambiador de calor. If the first piece of material is attached to a first pipe of the first material and the second piece of material is attached to a second pipe of the second material, the jacket preferably covers a section of the first pipe and/or a section of the second pipe. . A “pipe” in the sense herein may represent, in particular, a section of a conduit to or from a heat exchanger.
Por ejemplo, la primera pieza de material está unida, en particular, soldada con la primera tubería. Si la camisa cubre solamente el elemento constructivo de transición, tal como, por ejemplo, en el caso de una pieza de transición del estado de la técnica, una diferencia de temperatura entre la primera pieza de material y la primera tubería podría dar lugar a que se produzcan tensiones entre la primera pieza de material y la primera tubería. Esto podría llevar, por ejemplo, a daños en el cordón de soldadura, lo que podría provocar una fuga de fluido criogénico. For example, the first piece of material is joined, in particular welded, to the first pipe. If the jacket covers only the transitional construction element, such as, for example, in the case of a prior art transition piece, a temperature difference between the first piece of material and the first pipe could result in tensions occur between the first piece of material and the first pipe. This could lead, for example, to damage to the weld bead, which could cause a leak of cryogenic fluid.
Por ejemplo, si la camisa se extiende sobre la zona en la que la primera pieza de material está unida a la primera tubería, las tensiones entre la primera pieza de material y la primera tubería se reducen en comparación con el estado de la técnica, de manera que se protege la unión. For example, if the sleeve extends over the area where the first piece of material is attached to the first pipe, the stresses between the first piece of material and the first pipe are reduced compared to the state of the art, so way that the union is protected.
Preferiblemente, la camisa presenta metal y/o plástico y/o cerámica y/u hormigón. La camisa puede estar realizada en distintas formas de realización. En una forma de realización, la camisa podría proporcionarse en forma de un tubo, en particular, en forma de un tubo de protección térmica. El tubo rodea el elemento constructivo de transición y/o la tubería unida al mismo, en donde el tubo puede estar fijado al elemento constructivo de transición y/o a la tubería unida al mismo con arrastre de materia (por ejemplo por medio de soldadura) o con arrastre de forma (por medio de tornillos). Preferably, the jacket has metal and/or plastic and/or ceramic and/or concrete. The shirt can be made in different embodiments. In one embodiment, the jacket could be provided in the form of a tube, in particular, in the form of a heat protection tube. The tube surrounds the transition construction element and/or the pipe attached to it, where the tube can be fixed to the transition construction element and/or to the pipe attached thereto with material drag (for example by means of welding) or with form drag (by means of screws).
En una forma de realización alternativa, la camisa puede estar diseñada en forma de esteras de plástico, en donde las esteras de plástico se colocan alrededor del elemento constructivo de transición y/o de la tubería unida al mismo. Como fijación sirven en este caso, por ejemplo, manguitos. In an alternative embodiment, the jacket may be designed in the form of plastic mats, where the plastic mats are placed around the transitional construction element and/or the pipe attached thereto. In this case, for example, sleeves are used as fixings.
En otra alternativa, la camisa puede estar configurada en forma de una estructura con cavidades de plástico, en donde la estructura presenta, por ejemplo, cavidades hexagonales, rectangulares o redondas, que están llenas de gases o presentan vacío. In another alternative, the jacket can be configured in the form of a structure with plastic cavities, where the structure has, for example, hexagonal, rectangular or round cavities, which are filled with gases or have a vacuum.
Como camisa también puede usarse espuma aislante y/o poliestireno expandido. Insulating foam and/or expanded polystyrene can also be used as a jacket.
Preferiblemente, la capa aislante que está dispuesta en el lado interior del elemento constructivo de transición es una mampostería refractaria. La mampostería refractaria está realizada como cuerpo hueco y tiene forma toroidal, anular o cilíndrica circular. Asimismo, la mampostería refractaria está unida al elemento constructivo de transición con arrastre de forma, por ejemplo, mediante tornillos, y/o con arrastre de materia, por ejemplo, mediante pegado, de modo que mediante el fluido criogénico que fluye a través del elemento constructivo de transición no se puede para desplazar o retirar la mampostería refractaria. Asimismo, la mampostería refractaria está unida al elemento constructivo de transición de tal manera que no pueda penetrar nada de fluido criogénico entre la mampostería refractaria y el elemento constructivo de transición. Esto podría, por ejemplo, aflojar o soltar la unión entre la mampostería refractaria y el elemento constructivo de transición. Asimismo, un fluido criogénico entre el elemento constructivo de transición y la mampostería refractaria contrarrestaría el aislamiento del elemento constructivo de transición. Preferably, the insulating layer that is arranged on the inner side of the transitional construction element is a refractory masonry. Refractory masonry is made as a hollow body and has a toroidal, annular or circular cylindrical shape. Likewise, the refractory masonry is joined to the transitional construction element with shape drag, for example, by means of screws, and/or with material drag, for example, by gluing, so that by means of the cryogenic fluid that flows through the element Transition construction cannot be used to move or remove refractory masonry. Likewise, the refractory masonry is joined to the transitional construction element in such a way that no cryogenic fluid can penetrate between the refractory masonry and the transitional construction element. This could, for example, loosen or loosen the connection between the refractory masonry and the transitional construction element. Likewise, a cryogenic fluid between the transitional construction element and the refractory masonry would counteract the insulation of the transitional construction element.
La mampostería refractaria presenta preferiblemente una cerámica de óxido de aluminio, hormigón, una estructura con cavidades de plástico, espuma aislante y/o poliestireno expandido o una mezcla de los mismos. Por ejemplo, hormigón o espuma aislante pueden conformarse o colarse en forma de mampostería refractaria. Por ejemplo, una cerámica de óxido de aluminio puede producirse de tal manera que presente la forma de la mampostería refractaria. Se entiende que, dependiendo de la aplicación, el experto en la materia puede preferir un material para la mampostería refractaria. The refractory masonry preferably presents an aluminum oxide ceramic, concrete, a structure with plastic cavities, insulating foam and/or expanded polystyrene or a mixture thereof. For example, concrete or insulating foam can be formed or cast into refractory masonry. For example, an aluminum oxide ceramic can be produced in such a way that it has the shape of refractory masonry. It is understood that, depending on the application, the person skilled in the art may prefer a material for refractory masonry.
Además, en el caso del elemento constructivo de transición según la invención, el primer material es acero o acero inoxidable y el segundo material es aluminio o una aleación de aluminio. En particular, en instalaciones criogénicas se usan a menudo tubos de acero y tubos de aluminio, por ejemplo, intercambiadores de calor criogénicos para la licuefacción de gases o contenedores criogénicos o bombas criogénicas. El aluminio y el acero (o sus aleaciones) no pueden soldarse. Por lo tanto, el elemento constructivo de transición es adecuado para crear una transición entre un tubo de acero y un tubo de aluminio, en donde la unión está diseñada de manera estanca a los fluidos. Furthermore, in the case of the transitional construction element according to the invention, the first material is steel or stainless steel and the second material is aluminum or an aluminum alloy. In particular, steel tubes and aluminum tubes are often used in cryogenic installations, for example, cryogenic heat exchangers for gas liquefaction or cryogenic containers or cryogenic pumps. Aluminum and steel (or their alloys) cannot be welded. Therefore, the transition construction element is suitable for creating a transition between a steel tube and an aluminum tube, where the joint is designed in a fluid-tight manner.
Preferiblemente, la al menos una capa de material intermedia es una capa de plata, una capa de níquel o una capa de níquel-titanio. Estos materiales pueden unirse con la primera pieza de material y/o a la segunda pieza de material por medio de chapeado con explosivos, lo que permite unir la primera pieza de material con la segunda pieza de material. Una unión así creada es estanca a los fluidos, de modo que, por ejemplo, no pueda escapar ningún fluido criogénico. Asimismo, la unión entre la primera pieza de material y la segunda pieza de material es inseparable. Se entiende que el número, así como el material usado pueden seleccionarse y variarse correspondientemente a la aplicación del elemento constructivo de transición. Si se seleccionan varias capas de material intermedio, como capas de material intermedio pueden usarse, por ejemplo, una o varias capas de plata, capas de níquel y/o capas de níquel-titanio. Preferably, the at least one intermediate material layer is a silver layer, a nickel layer or a nickel-titanium layer. These materials can be joined to the first piece of material and/or to the second piece of material by means of explosive plating, which allows the first piece of material to be joined to the second piece of material. A joint thus created is fluid tight, so that, for example, no cryogenic fluid can escape. Likewise, the union between the first piece of material and the second piece of material is inseparable. It is understood that the number as well as the material used can be selected and varied corresponding to the application of the transitional construction element. If several intermediate material layers are selected, for example, one or more silver layers, nickel layers and/or nickel-titanium layers can be used as intermediate material layers.
El intercambiador de calor de núcleo en carcasa según la invención presenta un intercambiador de calor de placas dispuesto en un recipiente exterior del intercambiador de calor de núcleo en carcasa. El intercambiador de calor de placas está provisto de una conducción de alimentación a través de la cual puede introducirse el fluido en el intercambiador de calor de placas y de una conducción de descarga a través de la cual puede extraerse el fluido del intercambiador de calor de placas. Asimismo, en la conducción de alimentación y/o en la conducción de descarga del intercambiador de calor de placas está dispuesto al menos un elemento constructivo de transición según la invención. The core-in-shell heat exchanger according to the invention has a plate heat exchanger arranged in an outer container of the core-in-shell heat exchanger. The plate heat exchanger is provided with a supply line through which the fluid can be introduced into the plate heat exchanger and a discharge line through which the fluid can be removed from the plate heat exchanger. . Likewise, at least one transition construction element according to the invention is arranged in the supply line and/or in the discharge line of the plate heat exchanger.
En un intercambiador de calor de núcleo en carcasa (también denominado intercambiador de calor de bloque en carcasa, bloque en caldera o de placas y carcasa; los términos son sinónimos), está dispuesto al menos un intercambiador de calor de placas, el denominado “ núcleo” en un recipiente exterior, también denominado “ carcasa” . In a core-in-shell heat exchanger (also called block-in-shell, block-in-boiler or plate-and-shell heat exchanger; the terms are synonymous), at least one plate heat exchanger, the so-called “core,” is arranged. ” in an outer container, also called a “ casing ”.
El intercambiador de calor de núcleo en carcasa sirve para realizar una transferencia de calor indirecta desde, por ejemplo, un fluido gaseoso a un fluido líquido. El fluido gaseoso se introduce a este respecto por ejemplo desde fuera en el intercambiador de calor de placas a través de la primera conducción de alimentación, mientras que el fluido líquido se proporciona en el recipiente exterior de tal manera que el fluido líquido rodee el intercambiador de calor de placas. En las placas del intercambiador de calor de placas tiene lugar un contacto térmico indirecto, en donde el fluido gaseoso se enfría y se licua, y el fluido líquido se convierte al menos parcialmente al estado de agregación gaseoso. Sin embargo, los intercambiadores de calor de núcleo en carcasa también son adecuados para otros tipos de transferencia de calor. The core-in-shell heat exchanger serves to perform an indirect heat transfer from, for example, a gaseous fluid to a liquid fluid. The gaseous fluid is introduced, for example, from outside into the plate heat exchanger via the first feed line, while the liquid fluid is provided in the outer container in such a way that the liquid fluid surrounds the plate heat exchanger. plate heat. An indirect thermal contact takes place on the plates of the plate heat exchanger, where the gaseous fluid cools and liquefies, and the liquid fluid is at least partially converted to the gaseous aggregation state. However, core-in-shell heat exchangers are also suitable for other types of heat transfer.
El uso de un intercambiador de calor de núcleo en carcasa es ventajoso con respecto a los intercambiadores de calor de haces de tubos, por ejemplo, debido a las curvas más aproximadas en el diagrama Q-T, el menor tamaño y el menor peso, así como los menores costes de construcción y funcionamiento. Un intercambiador de calor de núcleo en carcasa se describe, por ejemplo, en K. Thulukkanam, Heat Exchanger Design Handbook, segunda edición, CRC Press 2013 en la página 127 y se muestra en la figura 4.25. Intercambiadores de calor de núcleo en carcasa se encuentran, por ejemplo, en los documentos EP 3 237 825 A1, WO 2016/102046 A1, WO 2016/102045 A1, WO 2016/000812 A1, EP 3143352 A1, EP 3077750 A1, DE. 102012011328 A1 y DE 102011 013340 A1. The use of a core-in-shell heat exchanger is advantageous over tube bundle heat exchangers, for example, due to the closer curves in the Q-T diagram, the smaller size and the lower weight, as well as the lower construction and operating costs. A core-in-shell heat exchanger is described, for example, in K. Thulukkanam, Heat Exchanger Design Handbook, Second Edition, CRC Press 2013 on page 127 and shown in Figure 4.25. Core-in-shell heat exchangers are found, for example, in EP 3 237 825 A1, WO 2016/102046 A1, WO 2016/102045 A1, WO 2016/000812 A1, EP 3143352 A1, EP 3077750 A1, DE. 102012011328 A1 and DE 102011 013340 A1.
El intercambiador de calor de placas está formado al menos parcialmente a partir del segundo material mencionado, que no puede soldarse con un primer material utilizado normalmente para la mayor parte de la tubería. Por lo tanto, la conducción de alimentación y/o la conducción de descarga presenta ventajosamente una primera tubería del primer material y una segunda tubería del segundo material, en donde el primer material y el segundo material no pueden unirse mediante soldadura por fusión. La segunda tubería está unida, por un lado, con el intercambiador de calor de placas y, por otro lado, con el elemento constructivo de transición según la invención, en donde el elemento constructivo de transición sirve para unir la primera tubería con la segunda tubería. The plate heat exchanger is formed at least partially from the second mentioned material, which cannot be welded with a first material normally used for the bulk of the pipe. Therefore, the feed line and/or the discharge line advantageously has a first pipe of the first material and a second pipe of the second material, wherein the first material and the second material cannot be joined by fusion welding. The second pipe is connected, on the one hand, to the plate heat exchanger and, on the other hand, to the transition construction element according to the invention, where the transition construction element serves to connect the first pipe with the second pipe. .
Dado que la segunda tubería y el intercambiador de calor de placas están formados del mismo material, pueden unirse entre sí, por ejemplo, mediante soldadura. Esta unión es estanca a los fluidos y garantiza que el fluido que vaya a alimentar al intercambiador de calor de placas llegue al intercambiador de calor de placas y no fluya primero al recipiente exterior del intercambiador de calor de núcleo en carcasa. Además, el elemento constructivo de transición también garantiza que la unión entre la primera tubería y la segunda tubería sea estanca a los fluidos. Since the second pipe and the plate heat exchanger are made of the same material, they can be joined together, for example, by welding. This joint is fluid tight and ensures that the fluid to be fed to the plate heat exchanger reaches the plate heat exchanger and does not first flow to the outer vessel of the core-in-shell heat exchanger. Furthermore, the transition construction element also ensures that the joint between the first pipe and the second pipe is fluid tight.
También en este caso, el primer material es acero o acero inoxidable y el segundo material es aluminio o una aleación de aluminio. Por tanto, el intercambiador de calor de placas está formado especialmente de aluminio. Esto es ventajoso dado que el aluminio presenta una alta conductividad térmica y, por tanto, puede conducir adecuadamente el calor entre los dos fluidos. Asimismo, el intercambiador de calor de placas puede producirse fácilmente, por ejemplo, mediante soldadura fuerte. Also in this case, the first material is steel or stainless steel and the second material is aluminum or an aluminum alloy. Therefore, the plate heat exchanger is specially formed from aluminum. This is advantageous since aluminum has high thermal conductivity and can therefore adequately conduct heat between the two fluids. Likewise, the plate heat exchanger can be easily produced, for example, by brazing.
La caja fría según la invención presenta una tubería que contiene al menos un elemento constructivo de transición según la invención. The cold box according to the invention has a pipe containing at least one transition construction element according to the invention.
Las cajas frías son recintos aislantes de la temperatura, en los que están instalados aparatos de tecnología de procesos que funcionan a temperaturas bajas, en particular, criogénicas. Una instalación de tecnología de procesos puede comprender una o varias cajas frías correspondientes y, en particular, puede crearse de manera modular a partir de cajas frías correspondientes. Las instalaciones de tecnología de procesos que están equipadas con cajas frías son, por ejemplo, instalaciones para la descomposición del aire o instalaciones para la descomposición del gas de síntesis en sus constituyentes hidrógeno, nitrógeno y monóxido de carbono. En tales procesos se alcanzan temperaturas de -180 °C e inferiores. La invención es adecuada para todos los campos de aplicación de cajas frías y no se limita a estos ejemplos. En una caja fría pueden fijarse también varias partes de instalación, por ejemplo aparatos de separación, tales como columnas e intercambiadores de calor asociados, junto con las tuberías, a un marco de acero de soporte, que está revestido por fuera con placas de chapa. El interior del recinto formado de esta manera se carga con material aislante, tal como perlita, para impedir la entrada de calor procedente del entorno. También es posible prefabricar parcial o totalmente las cajas frías con los aparatos correspondientes en fábrica, de modo que en caso necesario puedan terminarse en la obra o simplemente unirse entre sí. Para la unión pueden usarse módulos de conducción aislados térmicamente y, dado el caso, alojados en cajas frías. En las cajas frías típicas, las partes de instalación se instalan generalmente a una distancia mínima de la pared para garantizar un aislamiento suficiente. Cold boxes are temperature-insulating enclosures in which process technology devices operating at low temperatures, in particular cryogenic ones, are installed. A process technology installation may comprise one or more corresponding cold boxes and, in particular, may be created in a modular manner from corresponding cold boxes. Process technology installations that are equipped with cold boxes are, for example, installations for the decomposition of air or installations for the decomposition of syngas into its constituents hydrogen, nitrogen and carbon monoxide. In such processes, temperatures of -180 °C and below are reached. The invention is suitable for all fields of application of cold boxes and is not limited to these examples. In a cold box, various installation parts, for example separating devices such as columns and associated heat exchangers, can also be attached together with the pipes to a supporting steel frame, which is lined on the outside with sheet metal plates. The interior of the enclosure formed in this way is filled with insulating material, such as perlite, to prevent the entry of heat from the environment. It is also possible to partially or completely prefabricate the cold boxes with the corresponding devices in the factory, so that if necessary they can be finished on site or simply joined together. For the connection, thermally insulated conduction modules can be used and, if necessary, housed in cold boxes. In typical cold boxes, the installation parts are generally installed at a minimum distance from the wall to ensure sufficient insulation.
La tubería en una caja fría según la invención se realiza preferiblemente sin uniones bridadas, es decir, completamente soldadas o a través de al menos un elemento constructivo de transición según la invención, para impedir la generación de fugas. Debido a las diferencias de temperatura que se producen, pueden estar presentes curvaturas de dilatación en las tuberías. Los elementos constructivos que requieren mantenimiento normalmente no están dispuestos en la caja fría, de modo que el interior de la caja fría está ventajosamente libre de mantenimiento. Las válvulas pueden estar realizadas, por ejemplo, como las denominadas válvulas angulares para permitir reparaciones desde el exterior. A este respecto, la válvula está situada en la pared de la caja fría; la conducción de tubo se conduce a la válvula y viceversa. Las conducciones de tubo y aparatos se realizan normalmente de aluminio; el acero fino también se utiliza para presiones de funcionamiento muy altas. El elemento constructivo de transición según la invención permite una unión de estos materiales. La pintura de la caja fría es muy frecuentemente blanca, pero también de otros colores claros. La penetración de humedad del aire ambiente, que se congelaría en las partes de instalación frías, puede impedirse, por ejemplo, mediante un lavado continuo de la caja fría, por ejemplo, con nitrógeno. The piping in a cold box according to the invention is preferably made without flanged joints, that is, completely welded or through at least one transitional construction element according to the invention, to prevent the generation of leaks. Due to the temperature differences that occur, expansion curvatures may be present in the pipes. The construction elements requiring maintenance are normally not arranged in the cold box, so that the interior of the cold box is advantageously maintenance-free. The valves can be made, for example, as so-called angle valves to allow repairs from the outside. In this regard, the valve is located on the wall of the cold box; The pipe line is led to the valve and vice versa. Pipe conduits and devices are normally made of aluminum; Stainless steel is also used for very high operating pressures. The transitional construction element according to the invention allows a union of these materials. Cold box paint is most often white, but also other light colors. The penetration of moisture from the ambient air, which would freeze in the cold installation parts, can be prevented, for example, by continuous flushing of the cold box, for example with nitrogen.
Otras ventajas y configuraciones de la invención resultan de la descripción y los dibujos adjuntos. Other advantages and configurations of the invention result from the description and accompanying drawings.
Se entiende que las características mencionadas anteriormente y las que se van a explicar a continuación de la invención pueden usarse no solo en la combinación indicada en cada caso, sino también en otras combinaciones o en solitario sin abandonar el marco de la presente invención. It is understood that the characteristics mentioned above and those that will be explained below of the invention can be used not only in the combination indicated in each case, but also in other combinations or alone without leaving the framework of the present invention.
La invención se ha representado por medio de ejemplos de realización en las figuras de manera esquemática y se describe a continuación con referencia a las figuras. The invention has been represented schematically by means of exemplary embodiments in the figures and is described below with reference to the figures.
Descripción de las figurasDescription of the figures
La figura 1 muestra esquemáticamente una forma de realización preferida de un elemento constructivo de transición según la invención con una camisa en una vista en sección longitudinal. Figure 1 schematically shows a preferred embodiment of a transitional construction element according to the invention with a jacket in a longitudinal section view.
La figura 2 muestra esquemáticamente una forma de realización preferida de un elemento constructivo de transición según la invención con una mampostería refractaria en una vista en sección longitudinal. Figure 2 schematically shows a preferred embodiment of a transitional construction element according to the invention with a refractory masonry in a longitudinal section view.
La figura 3 muestra esquemáticamente una forma de realización preferida de un intercambiador de calor de núcleo en carcasa. Figure 3 schematically shows a preferred embodiment of a core-in-shell heat exchanger.
La figura 4 muestra esquemáticamente una forma de realización preferida de una caja fría. Figure 4 schematically shows a preferred embodiment of a cold box.
Los símbolos de referencia idénticos en las figuras indican elementos iguales o estructuralmente iguales y no se explican por separado cada vez. Identical reference symbols in the figures indicate identical or structurally identical elements and are not explained separately each time.
En la figura 1 se muestra una forma de realización preferida de un elemento constructivo de transición según la invención con una camisa en una vista en sección longitudinal y se designa con 1a. A preferred embodiment of a transitional element according to the invention with a sleeve is shown in FIG. 1 in a longitudinal sectional view and is designated 1a.
El elemento constructivo 1a de transición presenta una primera pieza 10 de material, una segunda pieza 20 de material y una capa 30 de material intermedia. El elemento constructivo 1a de transición o la primera pieza 10 de material, la capa 30 de material intermedia y la segunda pieza 20 de material presentan una forma cilíndrica hueca con un lado 2 interior radialmente interno y un lado 3 exterior radialmente externo. La primera pieza 10 de material se compone de acero, la capa 30 de material intermedia de níquel y la segunda pieza 20 de material de aluminio, en donde la primera pieza 10 de material no puede unirse con la segunda pieza 20 de material por medio de soldadura por fusión. La primera pieza 10 de material está unida, en particular, soldada, con un tubo 4 de acero y la segunda pieza 20 de material con un tubo 5 de aluminio. The transitional construction element 1a has a first piece of material 10, a second piece of material 20 and an intermediate layer 30 of material. The transition construction element 1a or the first piece of material 10, the intermediate material layer 30 and the second piece of material 20 have a hollow cylindrical shape with a radially inner inner side 2 and a radially outer outer side 3. The first piece of material 10 is composed of steel, the intermediate material layer 30 of nickel and the second piece of material 20 of aluminum, wherein the first piece of material 10 cannot be joined with the second piece of material 20 by means of fusion welding. The first piece of material 10 is connected, in particular by welding, to a steel tube 4 and the second piece of material 20 to an aluminum tube 5.
La primera pieza 10 de material y la segunda pieza 20 de material presentan en cada caso una sección delgada 41, 42 y una sección 51, 52 gruesa, en donde la sección 51, 52 gruesa presenta un espesor que es aproximadamente de dos a cinco veces más grueso que un espesor de la sección 41, 42 delgada. The first piece of material 10 and the second piece of material 20 each have a thin section 41, 42 and a thick section 51, 52, where the thick section 51, 52 has a thickness that is approximately two to five times thicker than a thickness of 41, 42 thin section.
La capa 30 de material intermedia está dispuesta entre la sección 51 gruesa de la primera pieza 10 de material y la sección 52 gruesa de la segunda pieza 20 de material. La capa 30 de material intermedia se unió con la segunda pieza 20 de material por medio de chapeado con explosivos. A continuación, se unió la capa 30 de material intermedia con la primera pieza 10 de material. Esta unión se formó en este caso por medio de chapeado con explosivos. Las secciones 51, 52 gruesas sirven en este caso en particular para ofrecer una superficie suficiente sobre la que puede aplicarse la capa 30 de material intermedia. La capa 30 de material intermedia sirve en este caso para unir la primera pieza 10 de material con la segunda pieza 20 de material. Una unión así creada es estanca a los fluidos, de modo que, por ejemplo, no pueda escapar ningún fluido criogénico. Asimismo, la unión entre la primera pieza 10 de material y la segunda pieza 20 de material es inseparable. The intermediate material layer 30 is arranged between the thick section 51 of the first piece of material 10 and the thick section 52 of the second piece of material 20. The middle layer of material 30 was joined with the second piece of material 20 by means of explosive plating. The middle layer of material 30 was then bonded to the first piece of material 10. This joint was formed in this case by means of plating with explosives. The thick sections 51, 52 serve in this particular case to provide a sufficient surface area on which the intermediate material layer 30 can be applied. The intermediate material layer 30 serves in this case to connect the first piece of material 10 to the second piece of material 20. A joint thus created is fluid tight, so that, for example, no cryogenic fluid can escape. Likewise, the connection between the first piece of material 10 and the second piece of material 20 is inseparable.
Sin embargo, el chapeado con explosivos ejerce una gran tensión física sobre la capa 30 de material intermedia, lo que puede hacer que la capa 30 de material intermedia se vuelva quebradiza o frágil. However, explosive plating places great physical stress on the intermediate material layer 30, which can cause the intermediate material layer 30 to become brittle or brittle.
En particular, en instalaciones criogénicas en las que el fluido criogénico fluye a través del elemento constructivo 1a de transición, el fluido criogénico enfría el elemento constructivo 1a de transición cargado desde el lado 2 interior hacia el lado 3 exterior. De este modo, se enfría asimismo la capa 30 de material intermedia y se contrae mediante el enfriamiento. Estas fuerzas adicionales pueden llevar a que la capa de material intermedia frágil se dañe o destruya, lo que hace que el elemento constructivo 1a de transición no sea estanco. Cuanto mayor sea la diferencia de temperatura entre el lado 2 interior y el lado 3 exterior del elemento constructivo 1a de transición, mayores serán las fuerzas que actúan sobre la capa de material intermedia. In particular, in cryogenic installations in which the cryogenic fluid flows through the transition construction element 1a, the cryogenic fluid cools the loaded transition construction element 1a from the inner side 2 to the outer side 3. In this way, the intermediate material layer 30 is also cooled and contracts by cooling. These additional forces can lead to the fragile intermediate material layer being damaged or destroyed, which makes the transitional construction element 1a non-tight. The greater the temperature difference between the inner side 2 and the outer side 3 of the transition construction element 1a, the greater the forces acting on the intermediate material layer.
Para reducir la diferencia de temperatura entre el lado 2 interior y el lado 3 exterior del elemento constructivo 1a de transición, el elemento constructivo 1a de transición presenta asimismo un aislamiento en forma de una camisa 100, en particular, un tubo de protección térmica. La camisa 100 está realizada como cuerpo hueco y tiene forma toroidal, anular o cilíndrica circular. La camisa 100 está dispuesta en el lado 3 exterior radialmente externo de tal manera que encierra el elemento constructivo 1a de transición. Gracias a una disposición de este tipo, la primera pieza 10 de material, la capa 30 de material intermedia y la segunda pieza 20 de material presentan aproximadamente la misma temperatura. De este modo se reduce la diferencia de temperatura entre el lado 2 interior y el lado 3 exterior de la capa 30 de material intermedia, con lo que se reducen las tensiones que se producen en la capa 30 de material intermedia. To reduce the temperature difference between the inner side 2 and the outer side 3 of the transition component 1a, the transition component 1a also has insulation in the form of a jacket 100, in particular a thermal protection tube. The sleeve 100 is made as a hollow body and has a toroidal, annular or circular cylindrical shape. The sleeve 100 is arranged on the radially outer outer side 3 in such a way that it encloses the transition construction element 1a. Thanks to such an arrangement, the first material piece 10, the intermediate material layer 30 and the second material piece 20 have approximately the same temperature. In this way, the temperature difference between the inner side 2 and the outer side 3 of the intermediate material layer 30 is reduced, thereby reducing the stresses that occur in the intermediate material layer 30.
Asimismo, se reducen, por ejemplo, las tensiones que se producen entre la primera pieza 10 de material y la capa 30 de material intermedia, que pueden dañar o destruir, por ejemplo, la primera pieza 10 de material y/o la capa 30 de material intermedia. Con ello, la camisa 100 aumenta la vida útil del elemento constructivo 1a de transición. Likewise, for example, the stresses that occur between the first piece of material 10 and the intermediate material layer 30 are reduced, which can damage or destroy, for example, the first piece of material 10 and/or the layer 30 of intermediate material. With this, the sleeve 100 increases the useful life of the transition construction element 1a.
Asimismo, la camisa 100 se extiende al menos en parte sobre el tubo 4 de acero y el tubo 5 de aluminio. Esto es ventajoso dado que una diferencia de temperatura entre la primera pieza 10 de material y el tubo 4 de acero podría llevar a la aparición de tensiones entre la primera pieza 10 de material y el tubo 4 de acero. Esto podría llevar, por ejemplo, a que se dañara el cordón de soldadura entre la primera pieza 10 de material y el tubo 4 de acero. Likewise, the jacket 100 extends at least in part over the steel tube 4 and the aluminum tube 5. This is advantageous since a temperature difference between the first piece of material 10 and the steel tube 4 could lead to the appearance of stresses between the first piece of material 10 and the steel tube 4. This could lead, for example, to damage to the weld bead between the first piece of material 10 and the steel tube 4.
En la figura 2 se muestra otra forma de realización preferida de un elemento constructivo 1b de transición según la invención con una mampostería refractaria en una vista en sección longitudinal. Another preferred embodiment of a transitional construction element 1b according to the invention with a refractory masonry is shown in Figure 2 in a longitudinal section view.
El elemento constructivo 1b de transición se diferencia del elemento constructivo 1a de transición de la figura 1 por que el elemento constructivo 1b de transición presenta un aislamiento en forma de una mampostería refractaria 200. La mampostería refractaria 200 está realizada como cuerpo hueco y tiene forma toroidal, anular o cilíndrica circular y es, por ejemplo, una cerámica de óxido de aluminio. The transition construction element 1b differs from the transition construction element 1a of Figure 1 in that the transition construction element 1b has insulation in the form of a refractory masonry 200. The refractory masonry 200 is made as a hollow body and has a toroidal shape. , annular or circular cylindrical and is, for example, an aluminum oxide ceramic.
La mampostería refractaria 200 está dispuesta en el lado 3 interior radialmente interno de tal manera que cubre el elemento constructivo 1b de transición. Gracias a una disposición de este tipo, la primera pieza 10 de material, la capa 30 de material intermedia y la segunda pieza 20 de material presentan aproximadamente la misma temperatura. De este modo se reduce la diferencia de temperatura entre el lado 2 interior y el lado 3 exterior de la capa 30 de material intermedia, con lo que se reducen las tensiones que se producen en la capa 30 de material intermedia. The refractory masonry 200 is arranged on the radially inner inner side 3 in such a way that it covers the transitional construction element 1b. Thanks to such an arrangement, the first material piece 10, the intermediate material layer 30 and the second material piece 20 have approximately the same temperature. In this way, the temperature difference between the inner side 2 and the outer side 3 of the intermediate material layer 30 is reduced, thereby reducing the stresses that occur in the intermediate material layer 30.
Asimismo, se reducen, por ejemplo, las tensiones que se producen entre la primera pieza 10 de material y la capa 30 de material intermedia, que pueden dañar o destruir, por ejemplo, la primera pieza 10 de material y/o la capa 30 de material intermedia. La mampostería refractaria 200 aumenta así la vida útil del elemento constructivo 1 b de transición. Likewise, for example, the stresses that occur between the first piece of material 10 and the intermediate material layer 30 are reduced, which can damage or destroy, for example, the first piece of material 10 and/or the layer 30 of intermediate material. The refractory masonry 200 thus increases the useful life of the transitional construction element 1 b.
Asimismo, la mampostería refractaria 200 se extiende al menos en parte sobre el tubo 4 de acero y el tubo 5 de aluminio. Esto es ventajoso dado que una diferencia de temperatura entre la primera pieza 10 de material y el tubo 4 de acero podría llevar a la aparición de tensiones entre la primera pieza 10 de material y el tubo 4 de acero. Esto podría llevar, por ejemplo, a que se dañara el cordón de soldadura entre la primera pieza 10 de material y el tubo 4 de acero. Likewise, the refractory masonry 200 extends at least in part over the steel tube 4 and the aluminum tube 5. This is advantageous since a temperature difference between the first piece of material 10 and the steel tube 4 could lead to the appearance of stresses between the first piece of material 10 and the steel tube 4. This could lead, for example, to damage to the weld bead between the first piece of material 10 and the steel tube 4.
La mampostería refractaria 200 presenta una sección transversal trapezoidal, en donde los bordes 210 de la mampostería refractaria 200 que discurren radialmente desde el interior hacia el exterior están diseñados inclinados o aplanados. Esto permite que el fluido criogénico fluya a través del elemento constructivo 1 b de transición sin que la mampostería refractaria 200 aumente claramente la resistencia al flujo, como sería el caso, por ejemplo, de cantos verticales. The refractory masonry 200 has a trapezoidal cross section, where the edges 210 of the refractory masonry 200 running radially from the inside to the outside are designed inclined or flattened. This allows the cryogenic fluid to flow through the transitional construction element 1 b without the refractory masonry 200 clearly increasing the resistance to flow, as would be the case, for example, with vertical edges.
En este caso, la mampostería refractaria 200 está unida con arrastre de forma al elemento constructivo de transición, en particular, atornillada a este, de modo que mediante el fluido criogénico que fluye a través del elemento constructivo 1b de transición no puede desplazarse ni retirarse la mampostería refractaria 200. Asimismo, la mampostería refractaria 200 está unida al elemento constructivo 1b de transición de tal manera que no puede penetrar nada de fluido criogénico entre la mampostería refractaria 200 y el elemento constructivo 1b de transición. Esto podría, por ejemplo, aflojar o soltar la unión entre la mampostería refractaria 200 y el elemento constructivo 1b de transición. Asimismo, un fluido criogénico entre el elemento constructivo 1b de transición y la mampostería refractaria 200 contrarrestaría el aislamiento del elemento constructivo 1b de transición. In this case, the refractory masonry 200 is positively connected to the transition component, in particular screwed thereto, so that the cryogenic fluid flowing through the transition component 1b cannot be displaced or removed. refractory masonry 200. Likewise, the refractory masonry 200 is joined to the transition construction element 1b in such a way that no cryogenic fluid can penetrate between the refractory masonry 200 and the transition construction element 1b. This could, for example, loosen or loosen the connection between the refractory masonry 200 and the transitional construction element 1b. Likewise, a cryogenic fluid between the transition construction element 1b and the refractory masonry 200 would counteract the insulation of the transition construction element 1b.
En la figura 3 se muestra esquemáticamente una forma de realización preferida de un intercambiador 1000 de calor de núcleo en carcasa. El intercambiador 1000 de calor de núcleo en carcasa presenta un recipiente 1100 exterior (carcasa) y un intercambiador 1200 de calor de placas dispuesto en el recipiente 1100 exterior. A preferred embodiment of a core-in-shell heat exchanger 1000 is shown schematically in Figure 3. The core-in-shell heat exchanger 1000 has an outer vessel 1100 (shell) and a plate heat exchanger 1200 disposed in the outer vessel 1100.
El intercambiador 1200 de calor de placas presenta una pluralidad de placas 1300. El intercambiador 1200 de calor de placas y las placas 1300 están soldados por soldadura fuerte, por ejemplo, de aluminio. The plate heat exchanger 1200 has a plurality of plates 1300. The plate heat exchanger 1200 and the plates 1300 are brazed, for example, of aluminum.
Las placas 1300 están configuradas para transferir un calor desde un fluido A, por ejemplo, gas natural, hasta un fluido B, por ejemplo, un refrigerante (por ejemplo una mezcla de etileno y propileno). Para ello, el fluido A, que se encuentra en estado gaseoso, puede alimentarse desde el exterior al intercambiador 1000 de calor de núcleo en carcasa o al intercambiador 1200 de calor de placas a través de una primera conducción 1400 de alimentación, es decir, el fluido A fluye a través de las placas 1300 del intercambiador de calor de placas. El fluido A se enfría en este y puede extraerse o retirarse como líquido a través de una primera conducción 1500 de descarga, que presenta aluminio, desde el intercambiador 1200 de calor de placas, así como desde el intercambiador 1000 de calor de núcleo en carcasa. The plates 1300 are configured to transfer heat from a fluid A, for example, natural gas, to a fluid B, for example, a refrigerant (for example a mixture of ethylene and propylene). To do this, fluid A, which is in a gaseous state, can be fed from the outside to the core-in-shell heat exchanger 1000 or to the plate heat exchanger 1200 through a first supply line 1400, that is, the Fluid A flows through the plates 1300 of the plate heat exchanger. Fluid A is cooled therein and can be extracted or removed as a liquid through a first discharge line 1500, which features aluminum, from the plate heat exchanger 1200, as well as from the core-in-shell heat exchanger 1000.
A este respecto, el calor del fluido A se transfiere en las placas 1300 al fluido B, que se conduce como líquido y/o como gas (en este caso, una mezcla de dos fases), a través de una segunda conducción 1600 de alimentación al recipiente 1100 exterior del intercambiador 1000 de calor de núcleo en carcasa. El fluido B fluye entre las placas 1300 del intercambiador 1200 de calor de placas y los constituyentes líquidos del fluido B se convierten al estado gaseoso. Los constituyentes gaseosos del fluido B se llevan a una temperatura más alta. A continuación, el fluido gaseoso B puede extraerse del intercambiador 1000 de calor de núcleo en carcasa a través de una segunda conducción 1700 de descarga. La segunda conducción 1600 de alimentación así como la segunda conducción 1700 de descarga presentan, por ejemplo, acero. In this regard, heat from fluid A is transferred in plates 1300 to fluid B, which is conducted as a liquid and/or as a gas (in this case, a two-phase mixture), through a second feed line 1600. to the outer vessel 1100 of the core-in-shell heat exchanger 1000. Fluid B flows between the plates 1300 of the plate heat exchanger 1200 and the liquid constituents of fluid B are converted to the gaseous state. The gaseous constituents of fluid B are brought to a higher temperature. Gaseous fluid B can then be removed from the core-in-shell heat exchanger 1000 through a second discharge line 1700. The second feed line 1600 as well as the second discharge line 1700 have, for example, steel.
La primera conducción 1400 de alimentación presenta en este caso un tubo 4 de acero y un tubo 5 de aluminio, en donde el tubo 5 de aluminio está dispuesto completamente y el tubo 4 de acero en parte dentro del recipiente 1100 exterior. El tubo 5 de aluminio está soldado con el intercambiador 1200 de calor de placas. El tubo 4 de acero sirve, por ejemplo, para unirse, en particular, soldarse con un tubo de acero de un tanque en el que está presente el fluido A. The first feed line 1400 in this case has a steel tube 4 and an aluminum tube 5, where the aluminum tube 5 is arranged completely and the steel tube 4 partly inside the outer container 1100. The aluminum tube 5 is welded to the plate heat exchanger 1200. The steel tube 4 serves, for example, to join, in particular to weld, with a steel tube of a tank in which fluid A is present.
Asimismo, el elemento constructivo 1a de transición (de la figura 1) está dispuesto entre el tubo 4 de acero y el tubo 5 de aluminio. El elemento constructivo 1a de transición sirve para unir de manera estanca a los fluidos el tubo de acero 4 con el tubo de aluminio 5. Para ello, el elemento constructivo 1a de transición presenta una primera pieza 10 de material que presenta acero, una segunda pieza 20 de material que presenta aluminio y una capa 30 de material intermedia que presenta níquel y que está dispuesta entre la primera pieza 10 de material y la segunda pieza 20 de material por medio de chapeado con explosivos. La primera pieza 10 de material está soldada con el tubo 4 de acero y la segunda pieza 20 de material con el tubo 5 de aluminio. Likewise, the transition construction element 1a (of Figure 1) is arranged between the steel tube 4 and the aluminum tube 5. The transition construction element 1a serves to join the steel tube 4 with the aluminum tube 5 in a fluid-tight manner. To this end, the transition construction element 1a has a first piece 10 of material that has steel, a second piece 20 of material presenting aluminum and an intermediate layer 30 of material presenting nickel and which is arranged between the first piece of material 10 and the second piece of material 20 by means of plating with explosives. The first piece of material 10 is welded to the steel tube 4 and the second piece of material 20 to the aluminum tube 5.
En el interior de la primera conducción 1400 de alimentación, a través de la que se conduce el fluido A gaseoso al intercambiador 1200 de calor de placas, la temperatura es mayor que la temperatura fuera de la primera conducción 1400 de alimentación. Debido a esta diferencia de temperatura así como a los diferentes coeficientes de dilatación térmica de cada uno de los materiales se pueden producir tensiones en el elemento constructivo 1a de transición y/o en la primera conducción 1400 de alimentación, entre el lado interior y el lado exterior y/o entre los materiales individuales, por ejemplo, en los cordones de soldadura. Esto podría provocar, por ejemplo, grietas o roturas en la primera conducción 1400 de alimentación o en cada uno de los materiales. Inside the first feed line 1400, through which the gaseous fluid A is led to the plate heat exchanger 1200, the temperature is higher than the temperature outside the first feed line 1400. Due to this temperature difference as well as the different thermal expansion coefficients of each of the materials, tensions may occur in the transition construction element 1a and/or in the first supply line 1400, between the interior side and the side. exterior and/or between the individual materials, for example, in weld seams. This could cause, for example, cracks or breaks in the first feed line 1400 or in each of the materials.
En esta forma de realización, la camisa 100 del elemento constructivo 1a de transición se extiende sobre la parte de la primera conducción 1400 de alimentación dispuesta en el interior del recipiente exterior 1100 y así garantiza que se reduzca la aparición de tensiones. Asimismo, esto impide que el fluido gaseoso A pueda escapar a través de grietas y roturas, por ejemplo, en un cordón de soldadura. In this embodiment, the jacket 100 of the transition construction element 1a extends over the part of the first supply line 1400 arranged inside the outer container 1100 and thus ensures that the occurrence of stresses is reduced. This also prevents the gaseous fluid A from escaping through cracks and breaks, for example in a weld bead.
En este caso, se entiende que el uso del elemento constructivo 1a de transición en la primera conducción 1400 de alimentación es solamente un ejemplo. Asimismo, es posible instalar elementos constructivos de transición adicionales dentro de o en el intercambiador 1000 de calor de núcleo en carcasa. Siempre que, por ejemplo, la segunda conducción 1700 de descarga, que presenta acero se vaya a unir fuera del intercambiador 1000 de calor de núcleo en carcasa con un tubo que no presenta acero y, por lo tanto, no puede soldarse directamente con la segunda conducción 1700 de descarga, podría usarse en este caso un elemento constructivo de transición correspondiente. In this case, it is understood that the use of the transition construction element 1a in the first supply line 1400 is only an example. Additionally, it is possible to install additional transitional construction elements within or on the core-in-shell heat exchanger 1000. Provided, for example, the second discharge line 1700, which features steel, is to be joined outside the core-in-shell heat exchanger 1000 with a tube that does not feature steel and, therefore, cannot be welded directly to the second discharge line 1700, a corresponding transition construction element could be used in this case.
Asimismo, en un caso podría ser necesario que la primera conducción 1500 de descarga tuviera que presentar acero, por lo que no podría realizarse una unión directa de la primera conducción 1500 de descarga con el intercambiador 1200 de calor de placas. Por tanto, en este caso sería concebible el uso de un elemento constructivo de transición adicional. Likewise, in one case it could be necessary that the first discharge pipe 1500 had to have steel, so a direct connection of the first discharge pipe 1500 with the plate heat exchanger 1200 could not be made. Therefore, in this case the use of an additional transitional construction element would be conceivable.
El intercambiador 1000 de calor de núcleo en carcasa también es solamente un ejemplo de la aplicación del elemento constructivo de transición. Asimismo, es conveniente usar elementos constructivos de transición en instalaciones de caja fría o, abreviado, cajas frías. Las instalaciones de caja fría se usan para la descomposición del aire o para la descomposición de gas de síntesis y presentan como aparatos de tecnología de procesos una pluralidad de intercambiadores de calor y/o cámaras frías, a través de los que fluye el aire o el gas de síntesis. Los elementos constructivos de transición pueden montarse, por ejemplo, en tuberías que sirven para extraer un constituyente determinado del aire o del gas de síntesis de la instalación de caja fría después de la descomposición. Dado que cada uno de los elementos constructivos se cargan y almacenan, por ejemplo, en recipientes de acero o de acero fino, pero los intercambiadores de calor, por ejemplo, presentan aluminio, en este caso, se prefiere el uso de elementos constructivos de transición, dado que, de este modo, puede crearse una unión sencilla de la tubería de aluminio del intercambiador de calor con la tubería del recipiente de acero fino. The core-in-shell heat exchanger 1000 is also only one example of the application of the transitional construction element. Likewise, it is convenient to use transitional construction elements in cold box installations or, for short, cold boxes. Cold box installations are used for air decomposition or syngas decomposition and present as process technology devices a plurality of heat exchangers and/or cold chambers, through which the air or the synthesis gas. The transition components can be mounted, for example, on pipes that serve to extract a particular constituent from the air or syngas of the cold box installation after decomposition. Since the individual components are loaded and stored, for example, in steel or stainless steel containers, but the heat exchangers, for example, feature aluminum, the use of transitional components is preferred in this case. , since in this way a simple connection of the aluminum heat exchanger pipe with the stainless steel vessel pipe can be created.
La figura 4 muestra a modo de ejemplo una instalación 2100 de descomposición de aire de manera conocida, cuyos componentes están dispuestos al menos parcialmente en una caja fría 2000. Figure 4 shows by way of example an air decomposition installation 2100 in a known manner, the components of which are at least partially arranged in a cold box 2000.
Las instalaciones de descomposición de aire del tipo mostrado se describen a menudo en otros lugares, por ejemplo en H.-W. Haring (ed.), Industrial Gases Processing, Wiley-VCH, 2006, en particular, Sección 2.2.5, “ Cryogenic Rectification” . Para obtener explicaciones detalladas sobre la estructura y el modo de funcionamiento, consulte la bibliografía técnica correspondiente. Una instalación de descomposición de aire para el uso de la presente invención puede diseñarse de las más diversas maneras. Air decomposition installations of the type shown are often described elsewhere, for example in H.-W. Haring (ed.), Industrial Gases Processing, Wiley-VCH, 2006, in particular, Section 2.2.5, “Cryogenic Rectification”. For detailed explanations of the structure and mode of operation, please refer to the corresponding technical literature. An air decomposition installation for the use of the present invention can be designed in the most diverse ways.
La instalación 2100 de descomposición de aire mostrada a modo de ejemplo en la figura 4 puede presentar, entre otras cosas, un compresor de aire principal, un dispositivo de preenfriamiento, un sistema de limpieza y una disposición de compresor secundario en una denominada parte 2200 caliente, que está indicada esquemáticamente a la izquierda de la caja fría 2000 y no se ilustra en detalle. Un intercambiador 2110 de calor principal y un sistema 2120 de columna de destilación están dispuestos como aparato de tecnología de procesos dentro de la caja fría 2000. En el ejemplo representado, el sistema 2120 de columna de destilación comprende una disposición clásica de doble columna que se compone de una columna 2122 de alta presión y una columna 2124 de baja presión que están unidas entre sí con intercambio de calor a través de un condensador 2126 principal. The air decomposition installation 2100 shown by way of example in Figure 4 may have, among other things, a main air compressor, a pre-cooling device, a cleaning system and a secondary compressor arrangement in a so-called hot part 2200 , which is indicated schematically to the left of the cold box 2000 and is not illustrated in detail. A main heat exchanger 2110 and a distillation column system 2120 are arranged as a process technology apparatus within the cold box 2000. In the illustrated example, the distillation column system 2120 comprises a classic double column arrangement that is It consists of a high pressure column 2122 and a low pressure column 2124 that are linked together with heat exchange through a main condenser 2126.
Se suministran corrientes de aire de alimentación a presión a la caja fría 2000 en la dirección de la flecha y a través de conducciones 2002, 2004 que están conectadas a la caja fría 2000 por medio de piezas 1a de transición. Una de las corrientes de aire de alimentación puede retirarse después del enfriamiento parcial en el intercambiador 2110 de calor principal a través de una conducción 2006, que está conectada a la caja fría 2000 a través de una pieza 1a de transición, por ejemplo, relajarse fuera de la caja fría 2000 y a través de una conducción 2008, que está conectada a la caja fría 2000 a través de una pieza 1a de transición, alimentarse de nuevo a la caja fría 2000. Pressurized feed air streams are supplied to the cold box 2000 in the direction of the arrow and through ducts 2002, 2004 that are connected to the cold box 2000 by means of transition pieces 1a. One of the feed air streams can be removed after partial cooling in the main heat exchanger 2110 through a line 2006, which is connected to the cold box 2000 through a transition piece 1a, for example, relaxed outside. from the cold box 2000 and through a line 2008, which is connected to the cold box 2000 through a transition piece 1a, feed back to the cold box 2000.
Los elementos constructivos 1a de transición unen la tubería exterior de la caja fría 2000 con una tubería de aluminio dentro de la caja fría 2000. The transitional construction elements 1a join the outer pipe of the cold box 2000 with an aluminum pipe inside the cold box 2000.
En la columna 2122 de alta presión se forman una fracción de fondo líquida enriquecida en oxígeno, así como una fracción de cabeza gaseosa enriquecida en nitrógeno. La fracción de fondo líquida enriquecida en oxígeno se extrae de la columna 2122 de alta presión y se transfiere a la columna 2124 de baja presión. Un producto de cabeza gaseoso rico en nitrógeno se retira de la cabeza de la columna 2122 de alta presión, se licua en el condensador 2126 principal y se alimenta en fracciones como flujo de retorno a la columna 2122 de alta presión, se expande a la columna 2124 de baja presión y se descarga desde la instalación 2100 de descomposición de aire como un producto líquido LIN. In the high-pressure column 2122, an oxygen-enriched liquid bottom fraction as well as a nitrogen-enriched gaseous overhead fraction are formed. The oxygen-enriched liquid bottoms fraction is removed from high pressure column 2122 and transferred to low pressure column 2124. A nitrogen-rich gaseous overhead product is removed from the top of high pressure column 2122, liquefied in main condenser 2126 and fed in fractions as a return flow to high pressure column 2122, expanded to the column 2124 low pressure and is discharged from the air decomposition facility 2100 as a liquid LIN product.
En la columna 2124 de baja presión se forman una fracción de fondo líquida rica en oxígeno y una fracción de cabeza gaseosa rica en nitrógeno. La primera se presuriza parcialmente en forma líquida en una bomba acoplada a un motor M, se calienta en el intercambiador 2110 de calor principal y se proporciona como un producto de presión gaseoso GOX. Una fracción que no está presurizada como líquido en la bomba puede descargarse desde la instalación 2100 de descomposición de aire como producto de oxígeno líquido LOX. Una corriente gaseosa rica en nitrógeno extraída de la cabeza de la columna 2124 de baja presión se conduce a través del intercambiador 2110 de calor principal y se proporciona como producto de nitrógeno GAN. In the low pressure column 2124, an oxygen-rich liquid bottom fraction and a nitrogen-rich gaseous overhead fraction are formed. The first is partially pressurized in liquid form in a pump coupled to a motor M, heated in the main heat exchanger 2110 and provided as a gaseous pressure product GOX. A fraction that is not pressurized as a liquid in the pump may be discharged from the air decomposition facility 2100 as a LOX liquid oxygen product. A nitrogen-rich gas stream drawn from the head of the low-pressure column 2124 is conducted through the main heat exchanger 2110 and provided as the nitrogen product GAN.
Se entiende que las formas de realización preferidas según las figuras 1 y 2 también pueden combinarse. Por ejemplo, el elemento constructivo de transición puede presentar una camisa 100, así como una mampostería refractaria 200. Como resultado, la diferencia de temperatura entre el lado 2 interior y el lado 3 exterior del elemento constructivo de transición puede reducirse adicionalmente y puede ampliarse la vida útil del elemento constructivo de transición. En la instalación según la figura 3 o la figura 4 también podría usarse un elemento constructivo 1b de transición o ambos elementos constructivos de transición o elementos constructivos de transición diferentes de estos, tal como se acaba de explicar. It is understood that the preferred embodiments according to Figures 1 and 2 can also be combined. For example, the transition component may have a jacket 100 as well as a refractory masonry 200. As a result, the temperature difference between the inner side 2 and the outer side 3 of the transition component can be further reduced and the useful life of the transitional construction element. In the installation according to Figure 3 or Figure 4, one transition element 1b or both transition elements or different transition elements could also be used, as just explained.
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